[发明专利]基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪及测量方法

权利要求书

1.一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，包括垂直于样品(11)上方依次布置的物镜(10)和镜筒透镜(9)，其中，

所述镜筒透镜(9)上方还布置有照明光路模块和明场光路模块，所述照明光路模块和明场光路模块关于镜筒透镜(9)和物镜(10)的中心连线对称布置；

所述照明光路模块包括光源(1)、单色仪(2)、光纤(3)、起偏臂(4)以及第一反射镜(8)，所述光源(1)发射的光源通过单色仪(2)进行筛选后经所述光纤(3)传递至所述起偏臂(4)，所述起偏臂(4)用于将所述光纤(3)传递的光源转化为偏振态可知的入射偏振光，并将该入射偏振光通过所述第一反射镜(8)反射给所述镜筒透镜(9)，该入射偏振光经所述镜筒透镜(9)聚焦后通过所述物镜(10)照到样品(11)到上，所述物镜(10)用于增大聚焦后的入射偏振光照到样品(11)上入射角，入射偏振光经过样品(11)的反射进入明场光路模块；

所述明场光路模块包括第二反射镜(13)、检偏臂(14)以及明场检测器(19)，经所述样品(11)反射的入射偏振光经第二反射镜(13)反射后传递至所述检偏臂(14)，所述检偏臂(14)用于将所述第二反射镜(13)反射的入射偏振光转化为偏振态可知的反射偏振光，所述明场检测器(19)用于接收该反射偏振光并对该反射偏振光进行分析，以实现整个视场区域内样品(11)的椭偏参数、厚度或者光学常数的测量；

所述椭偏仪还包括暗场光路模块，所述暗场光路模块布置于所述照明光路模块和明场光路模块的上方，且其中心轴与镜筒透镜(9)和物镜(10)的中心连线共线，所述第一反射镜(8)与第二反射镜(13)关于该暗场光路模块的中心轴对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，所述暗场光路模块包括暗场中继镜(20)和暗场检测器(21)，所述暗场中继镜(20)设于所述暗场检测器(21)的下方，所述入射偏振光在经样品(11)反射后，产生的部分散射光依次经过所述物镜(10)和所述镜筒透镜(9)后，被所述暗场中继镜(20)转化成散射平行光后进入所述暗场检测器(21)，所述暗场检测器(21)对该散射平行光的特性进行傅立叶域或空域的分析，以实现对样品(11)表面特征的三维重构和偏振特性的表征。

3.根据权利要求1所述的一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，所述起偏臂(4)包括准直透镜(5)和起偏单元(6)，所述准直透镜(5)布置于靠近所述光纤(3)出射光的一侧，用于接收所述光纤(3)发出的光源，并将该光源转化为平行光；所述起偏单元(6)设于所述准直透镜(5)和所述第一反射镜(8)之间，用于将所述平行光转化为偏振态可知的入射偏振光；

所述检偏臂(14)包括转像透镜组和检偏单元(18)，所述转像透镜组设于靠近所述第二反射镜(13)的一侧，用于将经所述第二反射镜(13)反射的入射偏振光聚焦后转化为平行光，所述检偏单元(18)设于所述明场检测器(19)和所述转像透镜组之间，用于对转像透镜组产生的平行光进行偏振态的解调制。

4.根据权利要求3所述的一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，所述起偏单元(6)包括两个偏振器和补偿器组；所述检偏单元(18)包括两个偏振器和补偿器组。

5.根据权利要求3所述的一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，所述转像透镜组由两个共轭的第一转向透镜(15)和第二转向透镜(16)构成；

所述第一转向透镜(15)和第二转向透镜(16)的中间焦点处还设置有第二小孔光阑(17)，用于过滤部分散射光。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于大数值孔径物镜整合暗场观察的椭偏仪，其特征在于，所述椭偏仪还包括设于所述第一反射镜(8)与所述起偏臂(4)之间的第一小孔光阑(7)，所述第一小孔光阑(7)用于过滤部分经所述起偏臂(4)处理后的入射偏振光的散射光。